Abstrakt
Wprowadzenie
Cannabis sativa L., znana ze swojej wszechstronności w przemyśle farmaceutycznym, tekstylnym i kosmetycznym, jest bardzo wrażliwa na szereg czynników agrotechnicznych i środowiskowych, w szczególności herbicydy. Te środki chemiczne, choć powszechnie stosowane do zwalczania chwastów, mogą niekorzystnie wpływać na wzrost roślin, ich fizjologię i produkcję metabolitów wtórnych. Zrozumienie reakcji rośliny na takie zewnętrzne czynniki stresogenne jest niezbędne do optymalizacji jej uprawy i zapewnienia jakości jej związków bioaktywnych.
Metody
W naszej obecnej pracy badaliśmy wpływ dwóch herbicydów – glifosatu i metrybuzyny – na właściwości morfofizjologiczne i biochemiczne roślin konopi. Analizę produkcji metabolitów wtórnych przeprowadzono za pomocą chromatografii gazowej połączonej ze spektrometrią mas S (GC-MS). Ponadto przeprowadzono badania in silico z wykorzystaniem modelowania molekularnego i optymalizacji za pomocą teorii funkcjonału gęstości (DFT), a następnie dokowania molekularnego.
Wyniki
Zaobserwowano, że oba herbicydy mają znaczący wpływ na ogólną produktywność roślin, w tym na produkcję metabolitów pierwotnych i wtórnych. Co więcej, leczenie glifosatem spowodowało wzrost syntezy kwasów tłuszczowych, podczas gdy w przypadku metrybuzyny zaobserwowano odwrotny efekt. Ponadto stres herbicydowy prowadzi do syntezy kannabidiwarolu i kannabidiolu, chociaż nie występowały one w grupie nieleczonej. Odkrycia te dostarczają kluczowych informacji dla optymalizacji praktyk rolniczych w uprawie konopi. Co więcej, wyniki symulacji molekularnej wykazały, że zarówno metrybuzyna, jak i glifosat wiążą się z aktywną kieszenią syntazy kwasu tetrahydrokannabinolowego (syntazy THCA) i oferują mechanistyczne wyjaśnienie obserwowanych wahań w poziomach Δ9-tetrahydrokannabinolu (THC), sugerując, że oba herbicydy hamują aktywność syntazy THCA, przyczyniając się do głębszego zrozumienia interakcji herbicyd-roślina na poziomie molekularnym.
Wnioski
Nasze odkrycia wskazują, że stres herbicydowy wpływa na ogólną produktywność konopi i zmienia biosyntezę. Stres ten w szczególności stymuluje produkcję kannabidiwarolu i kannabidiolu. Ponadto badania dokowania molekularnego wykazały, że metrybuzyna wiąże się z tym samym kanałem aktywnym co kwas kannabigerolowy (CBGA) – prekursor THC, podczas gdy glifosat wiąże się na wejściu, hamując w ten sposób produkcję THC. To wielopłaszczyznowe podejście stanowi podstawę zrównoważonych strategii rolniczych i ma implikacje dla manipulowania profilami kannabinoidowymi w zastosowaniach farmaceutycznych i innych gałęziach przemysłu.
